钛酸钡钙陶瓷弥散相变的荧光表征方法研究

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铁电陶瓷具备众多优异的电学性质,用其制备而成的材料在很多领域都有应用。钛酸钡钙陶瓷(BCT)是一种典型的弛豫型铁电体,晶格结构不复杂,发生弥散相变且仅一个相变点,选择BCT作为基质材料采用荧光法对介电温谱监测相变做补充,可以扩大相变温区,且对应数据点多。Er3+是最常见的稀土离子之一,吸收980 nm的激光,既可以发生上转换发光,也可以发生下转换发光,其中上转换发光又几乎不会受到环境的干扰,固可作为监测材料结构的天然探针;Li+半径小,共掺入晶格场中能修饰缺陷,从而增强材料的发光效率,有利于光谱测试。本文选用固相烧结法制备了掺不同组分Ca离子的BCT陶瓷,分别采用X射线衍射技术,结合扫描电子显微镜以及阿基米德排水法,对样品的结构、形貌和致密度进行了表征;探究了BCT陶瓷的最佳预烧结条件;研究了各样品的电学性能,包括铁电性、介电性和压电性,研究发现随着掺入的Ca离子浓度不断增加,剩余极化强度Pr值逐渐下降;纵向压电常数d33也与Ca离子的浓度呈反比;分析各样品的介电温谱发现,相比于BT而言,BCT各个样品均呈现出明显的弥散相变的特征,介电峰在逐渐降低。研究了温度对于0.5%Li+/Er3+:BCT23和0.5%Li+/Er3+:BCT30荧光谱的影响规律。研究了Er3+可见部分的~2H11/2和~4S3/2能级与红外的~4I13/2能级跃迁分别对应的发射峰的峰值变化情况,发现峰值对铁电相变的响应均惊人的一致。研究了不同的光学参量(OPs)对相变的响应,包括单峰的积分强度、总峰的积分强度以及峰位移动等,发现在不同样品或者不同的发光机制中,用于表征铁电相变的光学参量不尽相同。对0.5%Li+/Er3+:BCT23和0.5%Li+/Er3+:BCT30两个样品测试了变温XRD,通过分析衍射峰位、峰值强度、相占比以及峰间距等,发现用各光学参量表征温度对不同样品在不同波段所引起陶瓷荧光谱变化的过程中,与变温XRD的结果几近一致。以荧光法表征介电温谱的研究中,发现在BT这种正常的铁电体中在整个测试温区内,相比于介电温谱,荧光法对相变的响应均很敏感,在低温区域尤其明显,在高温区曲线的形状与介电温谱十分接近;在BCT23和BCT30弛豫型铁电体中进行了研究,最终发现采用不同的OP能够实现对介电温谱的表征,只是对于BCT陶瓷而言会存在一定的误差,在误差范围内荧光修正的结果与介电温谱几乎一致。
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